Следующая >>

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИМЕРАХ



Полимерами называют соединения, молекулы которых построены из многократно повторяющихся структурных единиц — звеньев.

Некоторые полимерные материалы состоят лишь из полимерной основы, множество — из полимерной основы и целого ряда химических соединений, придающих материалу пластичность, прочность, окраску и другие качества. В связи с этим часто полимерные материалы называют пластмассами. Большинство полимерных материалов образуется в результате реакций синтеза — полимеризации или поликонденсации. В зависимости от способа получения полимерные материалы делятся на классы:

A. Пластические массы на основе высокомолекулярных соединений, получаемых цепной полимеризацией.

Б. Пластические массы на основе высокомолекулярных соединений, получаемых поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией.

B. Пластические массы на основе природных химических модифицированных полимеров.

Г. Пластические массы на основе природных и нефтяных асфальтов и смол, получаемых деструкцией различных органических веществ.

Реакция полимеризации — процесс, в результате которого из большого числа молекул одинаковых; или различных низкомолекулярных веществ (мономеров) образуются молекулы высокомолекулярных соединений (полимеров) без выделения низкомолекулярных побочных продуктов. Полимеризация сопровождается выделением тепла, но для начала процесса молекулы мономеров, вступающих в реакцию, должны обладать определенным избытком энергии, находиться в активном состоянии. Реакция полимеризации продолжается до тех пор, пока в ней не примут участие все исходные мономеры.

Реакция поликонденсации — процесс, при котором из большого числа одинаковых или различных молекул мономеров образуются молекулы полимеров. При этом выделяются низкомолекулярные продукты (вода, аммиак и др.). Реакция поликонденсации— реакция равновесия. Она происходит при условии, если из смеси реагентов выделяются побочные продукты. Для поликонденсации необходимо, чтобы мономеры обладали определенными концевыми функциональными группами, способными реагировать между собой.

Свойства средне- или высокомолекулярных конечных продуктов зависят от свойств начальных реагентов, их обменных концентраций, температуры, вида катализатора или растворителей. Реакцию поликонденсации можно остановить в любой момент, при этом образуется смесь среднемолекулярных соединений, каждое из которых имеет много химически активных групп. Такая смесь низко- и среднемолекулярных соединений называется промежуточным продуктом. Она может сохраняться некоторое время в вязком, полутвердом или твердом состоянии. Эта смесь подвергается прессованию или нагреванию в пресс-форме и с помощью повторной реакции поликонденсации получается нужный высокомолекулярный конечный продукт. Доказано, что чем больше макромолекулы, тем менее они химически и биологически активны.

В процессе поликонденсации участвует больше основных компонентов, чем при полимеризации, и образуется больше неполностью отвержденных конденсатов (или несвязанных компонентов), которые могут оказывать отрицательное действие на организм человека. Катализатор полимеризации прибавляется в фазе закрытой системы (за исключением случаев, указанных ниже) и входит в конечный продукт или вымывается перед формованием, в то время как при поликонденсации катализаторы или отверждающие агенты добавляются в полуотвержденные смолы (обычно в избыточных количествах). В открытой системе может также происходить реакция полиприсоединения. При полимеризации формование является физическим (механическим) процессом, а при поликонденсации — химическим.

Все полимерные материалы получают на основе как высокомолекулярных, так и низкомолекулярных соединений. Высокомолекулярные соединения состоят из огромного количества молекул, которые содержат тысячи, сотни тысяч и миллионы молекул, прочно связанных между собой, тогда как молекулы низкомолекулярных веществ (сахара, жиров, кислот и др.) имеют только единицы, десятки и реже сотни молекул (Вандебер Эрих, 1964). Низкомолекулярные вещества легко растворяются в растворителях, а высокомолекулярные почти не растворимы, либо медленно растворяются, образуя коллоидный вязкий раствор.

Высокополимеры обладают свойствами газов (по упругости), жидкостей (по текучести, расширению, сжимаемости) и твердых тел (по способности сопротивляться изменению формы). При нагревании твердые низкомолекулярные вещества легко расплавляются, высокомолекулярные — почти не плавятся, а постепенно размягчаются и впоследствии начинают разлагаться без перехода в жидкое состояние. Жидкие высокомолекулярные вещества в отличие от низкомолекулярных при нагревании - не превращаются в пар и не улетучиваются.

Различают природные и искусственные высокомолекулярные соединения. К природным высокомолекулярным соединениям относятся клетчатка, крахмал, белки, природные смолы и др., к искусственным высокомолекулярным соединениям — различные синтетические смолы. Строение высокомолекулярных соединений характеризуется повторением одних и тех же звеньев. Число звеньев полимеров не является постоянной величиной. Под молекулярным весом полимера подразумевают не вес отдельной молекулы, а средний вес всех молекул, так как в одном и том же полимере молекулы могут иметь разный молекулярный вес.

Молекулярный вес полимеров оказывает значительное влияние на их свойства. С увеличением молекулярного веса, т. е. с возрастанием длины цепи, повышается температура плавления, вязкость растворов, уменьшается растворимость и прочность полимера. Эта зависимость не является прямой и изменяется в соответствии с природой вещества и рядом других обстоятельств.

При токсиколого-гигиенической оценке исходного сырья полимерных материалов необходимо учитывать следующие особенности Мономеры содержат функционально-активные химические группы, очень реактивные и биологически агрессивные. Иногда биологическая активность мономеров определяется токсичностью не только этих веществ, но и загрязняющих примесей; в некоторых случаях примеси более ядовиты, чем сам мономер (Л. С. Данишевский, 1967; Malten, 1964, и др.).

Мономеры не полностью вступают в химическую связь, образуя полимер, а в том или ином количестве находятся в свободном состоянии и мигрируют в окружающую среду. Остальные компоненты полимерных материалов не присоединяются к макромолекуле, а поэтому также поступают во внешнюю среду. Количество и длительность выделения вредных веществ зависят от их летучести, упругости паров, климата, эксплуатационных особенностей и др.

В условиях эксплуатации под влиянием различных физических и химических факторов высокомолекулярные соединения могут разлагаться на первоначальные мономеры или новые продукты дезинтеграции биологически активных низкомолекулярных соединений.

В зависимости от заданных свойств в композицию полимерного материала вводят: связующие, пластификаторы, стабилизаторы, катализаторы, ингибиторы, растворители, антиоксиданты, антистатики, ускорители отвердения, вспенивающие агенты, лубриканты, наполнители, пигменты и др. Наименование полимерные материалы получают по химической характеристике связующего.

Связующие вещества (смолы) представляют собой смесь родственных и взаимно растворимых органических высокомолекулярных соединений, находящихся в устойчивом твердо-жидком состоянии (А. Н. Николаев, 1964, И. П. Лосев, Г. С. Петров, 1951). Смолы бывают трех видов: природные, искусственные и синтетические. К природным относятся смолы, имеющиеся в природе в готовом виде и применяемые без предварительной переработки, к искусственным — модифицированные природные высокомолекулярные соединения, например, целлюлоза, белки и др., к синтетическим — образованные из низкомолекулярных соединений.

Характерным свойством всех видов смол является постепенный переход при подогревании из твердо-жидкого состояния в жидкое. Определенной точки плавления с заметным переходом из одного агрегатного состояния в другое у этих веществ нет. Главным сырьем для получения смол является уголь, нефть, природные газы.

Пластификаторы вводят для повышения эластичности и долговечности полимерных материалов. В большинстве случаев это низкомолекулярные интенсивно испаряющиеся органические соединения, которые используют как растворители смол. При включении пластификаторов в состав полимеров уменьшаются вторичные силы притяжения между полимерными цепями. Молекулы пластификатора должны активно притягиваться к полимерным союзам (К. Тиниус, 1964). В результате этого полимерный материал становится мягче, эластичнее и лучше подвергается обработке.

Пластификаторы могут быть совместимыми (молекулярно распределяются в полимере) и несовместимыми (образуют в Полимере эмульсию).
Независимо от назначения полимера и условий его эксплуатации пластификаторы должны быть летучими, бесцветными, нейтральными в химическом отношении к полимеру, негигроскопичными, водо- и светоустойчивыми, малогорючими, устойчивыми к кислотам и щелочам и обладать совместимостью с пигментами. Эти свойства пластификаторов в значительной мере зависит от степени их химической чистоты, так как побочные продукты придают этим веществам запах и изменяют их физико-химические показатели.

Стабилизаторы предотвращают старение и деструкцию пластмасс, которые возникают под действием различных факторов — физических, химических, микроорганизмов и т. д. В настоящее время установлено, что одним из важнейших стимуляторов деструкции и старения является наличие в их составе различных примесей, особенно инициаторов и катализаторов. Значительно снижают эффект стабилизации соединения металлов с переменной валентностью.

В зависимости от вида воздействия внешнего фактора может наблюдаться снижение молекулярного веса (деструкция) или повышение (структурирование). В большинстве случаев оба этих процесса протекают одновременно.

Производство термостойких полимеров связано с применением стабилизаторов, обладающих достаточной стойкостью при высоких температурах. Весьма перспективными являются высокомолекулярные стабилизаторы, не вымывающиеся из полимеров при эксплуатации их. Эти стабилизаторы моделируют полимерную цепь материала и содержат вещества, являющиеся ингибиторами светового старения (Г. Я. Гордон, 1963).

В некоторых случаях совместное действие двух или нескольких стабилизаторов более эффективно, чем в отдельности каждого из них Такое действие стабилизаторов называется синергизмом. В некоторых случаях стабилизатор, действующий активно совместно с другими, в отдельности не эффективен.

Существенным показателем эффективности стабилизаторов является их совместимость с полимером. При неудовлетворительной совместимости стабилизатора возрастает его активность, он мигрирует на поверхность и может перейти в другую фазу.

Стабилизатор переходит в раствор, если полимер граничит с жидкостью, и испаряется, если полимер граничит с газом. В обоих случаях скорость процесса определяется скоростью диффузии стабилизаторов в полимере — чем быстрее протекает диффузия, тем равномернее распределяются стабилизаторы в полимере.

Катализаторы влияют на скорости реакции, но могут быть выделены после окончания ее. Большинство катализаторов полностью входят в конечный продукт. Катализаторы, которые применяются при поликонденсации, обычно менее агрессивны, чем те, которые используются при полимеризации.

Ингибиторы тормозят реакцию полимеризации, так как могут моментально вступить в реакцию со свободными радикалами, образующимися от перекисей-катализаторов.

Ускорители отвердения ускоряют реакцию свободных радикалов. Эти вещества применяются только в небольших количествах и обычно входят в конечные продукты полимеризации.

Растворители создают среду, в которой проходит полимеризация.

Антиоксиданты противодействуют атмосферному окислению ненасыщенных двойных связей.

Антистатики предотвращают или снижают накопление статического электричества на поверхности полимерных материалов. Это вещества, которые проводят электричество или, адсорбируя воду, косвенно способствуют проведению его.

Вспенивающие агенты создают пористую структуру полимерному материалу путем высвобождения пара или газа в процессе отвердения материала

Лубриканты (смазывающие вещества) неувлажняющиеся, ненабухающие, нелетучие, вещества, которые помещаются между линейными макромолекулами, увеличивают расстояние между ними и усиливают внутримолекулярные связи (силы Ван-дер- Ваальса). Лубриканты, совместимые со смолами только в небольших количествах, увеличивают их растяжимость.

Наполнители являются важным компонентом полимерного материала, от правильного и рационального выбора их, подготовки и смешения со связующими зависят свойства полимера. Количество наполнителя может составлять 50% общей массы полимерного материала и больше. В ряде случаев он усиливает механическую прочность, сопротивление истиранию, увеличивает теплозащитные свойства полимера и пр. Наполнители должны быть стойкими к большинству химических реагентов и рабочим температурам при производстве полимерных материалов, однородными, не содержать посторонних включений и влаги. Максимально допустимая влажность наполнителя — 3%.

Пигменты бывают органического и минерального происхождения. Пигменты, введенные в полимерный материал, подвергаются как химическому воздействию отдельных компонентов, входящих в него, и продуктов деструкции, так и физическому воздействию во время производства. В некоторых случаях эти факторы могут привести к полному распаду пигмента. Кроме того, при определенных условиях пигменты могут быть настолько активными, что нарушают физико-химические свойства полимерных материалов. Пигменты, приемлемые для композиции одного полимерного материала, могут быть малоэффективными для производства другого.

Пигменты не должны вступать в химические реакции со связующими веществами и растворителями, мигрировать на поверхность и должны равномерно распределяться в композиции полимерного материала (И. М. Коган, 1956; Н. Г. Лаптев, Б. М. Богословский, 1970). Чтобы удовлетворять последнему требованию пигмент должен быть высокодисперсным. Наилучшая дисперсность пигментов достигается при величине их частиц не более 2—3 мкм. Несмотря на недостатки каждого отдельного компонента при целенаправленном синтезе можно создать полимерные материалы, отвечающие техническим и гигиеническим требованиям.

В настоящее время в результате совместных исследований технологов и гигиенистов разработан ряд эффективных принципов и методов снижения токсичности синтетических полимерных материалов (В. Д. Бартенев, 1973; А. Н. Боков, 1969; Т. И. Кравченко, К. И. Станкевич, Е. Ф. Малыгина, Т. Г. Захарова, 3. Ф. Дашковская, JI. А. Клещук, 1973). Основные из них следующие:

1. Введение в композицию малотоксичных и малолетучих веществ, активных мономеров, высокореакционных инициаторов и ускорителей, устранение ингибирующего влияния добавок;

2. Применение химически чистых компонентов, свободных от примесей;

3. Введение в композицию полимерных материалов веществ, выполняющих роль буфера, связующего остающиеся в свободном состоянии продукты, а также продукты побочных реакций и процессов деструкции, примеси, а также активных сорбентов, поглощающих летучие соединения;

4. Доведение реакции полимеризации (сополимеризации) или поликонденсации до максимально возможной степени конверсии;

5. Частичная или полная замена химического инициирования реакций (сополимеризации) физическими методами. Так, высокоэффективным может быть использование конвективного тепла, токов высокой частоты и инфракрасных лучей, ультрафиолетового и ионизирующего излучения, которые стимулируют процесс полимеризации и способствуют удалению из композиции легко летучих соединений;

6. Оптимизация технологического процесса и микроклимата в цехе. Устранение ингибирующего влияния кислорода воздуха, контакта с некоторыми химическими активными материалами (медью, железом и др.);

7. Исключение возможности протекания побочных реакций, ведущих иногда к образованию новых токсических веществ;

8. Отмывка и десорбция летучих веществ с поверхности материала с помощью воды, растворителей и других жидких сред;

9. Дополнительная обработка полимерного материала с использованием физических факторов, конвективного и радиационного тепла, ТВЧ, ионизирующего излучения, вакуумирования и т. д.;

10. Плакирование поверхности полимерного материала газонепроницаемыми покрытиями. Одни из них предохраняют материал от доступа кислорода воздуха и предупреждают процесс окислительной деструкции, другие — служат газонепроницаемым экраном для определенной группы летучих веществ, депонируемых в полимере;

11. Облицовка полимерного материала природными материалами и использование рациональных конструкций, в которых материал, представляющий потенциальную опасность для здоровья человека, применяется в качестве среднего слоя.

При комплексном учете физико-химических свойств исходного сырья, его биологического действия и рациональной технологии изготовления создание полимерных материалов с заданными свойствами представляется реальной действительностью.

Следующая >>
= Перейти к содержанию учебника =

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИМЕРАХ

  1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ЭМБРИОЛОГИИ
    КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО
  2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИНЕВРОПАТИЯХ
    {foto25}
  3. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НЕВРОЗАХ
    {foto34}
  4. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИНЕВРОПАТИЯХ
    {foto26}
  5. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НЕВРОЗАХ
    {foto33}
  6. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСТОЧНИКАХ ХОЛОДА
    Низкие температуры широко используются в мясной промышленности, где применяется машинный холод. Однако и до сих пор используют холод, полученный безмашинным способом. Для этого применяют лед, льдосолевые смеси, сухой лед (твердая углекислота), мерзлотники. Машинный холод получают с помощью хладагентов — веществ, которые при изменении агрегатного состояния поглощают тепло из окружающей среды. В
  7. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗВИТИИ МЫШЦ
    Мускулатура позвоночных животных делится на две группы: соматическую и висцеральную. Соматическая мускулатура большей частью соединяется с костями скелета и поэтому называется еще скелетной. Она состоит из поперечно- {foto141} Л — схема распределения соматической и висцеральной мускулатуры на голове у низших позвоночных; Б — распределение висцеральной мускулатуры на голове акулы: / —
  8. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О МОНОНЕВРОПАТИЯХ КОНЕЧНОСТЕЙ
    {foto24}
  9. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РАССЕЯННОМ СКЛЕРОЗЕ
    {foto29}
  10. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭПИЛЕПСИИ И ОБМОРОКАХ
    {foto35}
  11. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О МОНОНЕВРОПАТИЯХ КОНЕЧНОСТЕЙ
    {foto25}
  12. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РАССЕЯННОМ СКЛЕРОЗЕ
    {foto30}
  13. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭПИЛЕПСИИ И ОБМОРОКАХ
    {foto34}
  14. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗВИТИИ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ
    Система органов дыхания в процессе филогении прошла сложный путь. По-видимому, первичные организмы не имели специальных органов дыхания. Газообмен у них происходил непосредственно через поверхность каждой клетки. Тип дыхания был диффузным. На дальнейшей ступени развития, с возникновением полости глотки, у водных животных образовались жаберные щели, в стенках которых густой сетью расположились
  15. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗВИТИИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
    Предки позвоночных, как и ныне живущие простейшие организмы, по-видимому, не имели специальных органов, воспринимающих внешние раздражения и определенным образом реагирующих на них. Все клетки их выполняли эти функции. С усложнением взаимоотношений организма с внешним миром появилась нервная система, которая непрерывно совершенствовалась и достигла высокого уровня развития у млекопитающих, а
  16. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРИФЕРИЧЕСКОМ И ЦЕНТРАЛЬНОМ ПАРЕЗЕ

  17. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НЕВРОПАТИИ ЛИЦЕВОГО НЕРВА
    {foto22}
  18. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРИФЕРИЧЕСКОМ И ЦЕНТРАЛЬНОМ ПАРЕЗЕ

  19. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НЕВРОПАТИИ ЛИЦЕВОГО НЕРВА
    {foto22}
  20. Краткие сведения из сравнительной анатомии и эмбриологии
    Очень сложный по строению и функции слуховой анализатор человека произошел из очень просто устроенных образований у низших животных. Эти образования, имеющие различную форму, описаны под названиями «слуховых щупальцев» (у медуз), «слуховых ямок» (у кольчатых червей), «слуховых пузырьков» (у головоногих моллюсков и некоторых ракообразных). Примером такого примитивного органа может служить слуховой
Медицинский портал "MedguideBook" © 2014-2019
info@medicine-guidebook.com